在經濟型數控機床中, 步進電機的應用非常廣泛, 它具有簡單用等顯著特點。但要想充分發揮它的優點就必須解決步進電機啟動和停止時容易產生的失步和過沖的現象。本文選擇高性能的ARM微處理路, 采用不斷修正定時器初值, 從而改變定時中斷脈沖報率的方法控制步進電機的啟動和停止過程。取得了良好的控創效果并給出了具體的計算公式和軟件實現。 關鍵詞 ARM 步進電機 加減速控制 脈沖 隨著工業的發展, 嵌入式技術應用日益廣泛和成熟。嵌入式處理器作為一種位高性能、低功耗的PISC芯片, 支持多種操作系統、主頻高、運算處理能力強, 并可兼容位器件, 還能帶海量低價的尺數據存儲器。得到各行各業的青睞, 已經顯示出強大的功能和巨大的商業價值。尤其在控制領域獲得了越來越為廣泛的應用。利用以尺洲為內核的嵌入式微處理器進行運動控制系統的開發, 有著廣闊的發展空間。 在一些要求低成本的運動控制系統中, 經常用步進電機做執行元件。步進電機在這種應用場合下最大的優勢是可以開環方式控制而無需反饋就能對位置和速度進行控制。但也正是因為負載位置對控制電路沒有反饋, 步進電機就必須正確響應每次勵磁變化。如果勵磁頻率選擇不當, 電機不能夠移到新的位置, 那么實際的負載位置相對控制器所期待的位置出現永久誤差, 即發生失步現象或過沖現象。因此步進電機開環控制系統中, 如何防止失步和過沖是開環控制系統能否正常運行的關鍵。 步進電機加減速控制原理 失步和過沖現象分別出現在步進電機啟動和停止的時候。一般情況下, 系統的極限啟動頻率比較低, 而要求的運行速度往往比較高。如果系統以要求的運行速度直接啟動, 因為該速度已超過極限啟動頻率而不能正常啟動, 輕則可能發生丟步, 重則根本不能啟動產生堵轉。系統運行起來以后, 如果達到終點時立即停止發送脈沖串, 令其立即停止, 則由于系統慣性作用, 會使步進電機轉子轉到接近終點平衡位盆的下一個平衡位盆, 并在該位置停下, 從而產生過沖現象。因此, 在步進電機啟動或停止時就需要進行加、減速控制。加減速控制多采用軟件來實現, 分為加速、勻速和減速三個階段。其控制曲線如圖1所示。 加減速控制方法 采用微處理器對步進電機進行加減速控制, 實際上就是改變輸出脈沖的時間間隔, 升速時脈沖頻率逐漸加快, 減速時脈沖頻率逐漸變慢。采用恒加速度算法, 易操作性強, 效果也很好。如圖2所示, △t[sub]m[/sub]時間內相鄰脈沖變化完成時, 即步進電機轉過一步, 所以, 圖2中陰影部分面積為1。 設電動機的加速時的第m頻率為F[sub]m[/sub], 第m[sup]-1[/sup]頻率為f[sub]m[/sub] [sup]-1[/sup] 加速度是F的斜率, 設為a, 則 軟件實現 采用定時器中斷方式控制電機變速時, 實際上是不斷改變定時器裝載值的大小· 控制脈沖的ARM芯片的定時S3C4510發出, 則定時器的溢出頻率應為二倍的控制脈沖頻率。實現函數如下： 其中fo為起始脈沖頻率, fmax為到達勻速運行狀態時的最大脈沖頻率, tran為加速或減速時的過渡脈沖步數, steep為該程序段總的脈沖步數。 結語 采用以為內核的微處理器主頻高、指令執行速度快, 能輔出較高的脈沖頻率, 并采用加減速控制方法控制步進電機能平穩高速的運行, 因此非常適合用于經濟型數控機床中, 代替原來基于PC機的數控機床, 降低成本。 另外然要注意的是, 嵌入式數控系統的開發一般都是基于嵌入式實時操作系統的, 比如UC/OS-11而操作系統的本身都要依賴于定時中斷作為調度的基礎, 在移植操作系統和選擇控制步進電機的定時器時要特別小心, 兩者不能產生沖突和影響, 否則整個系統將會崩潰。 作者簡介 劉艷雙 女 教師 主要研究方向：數控、步進運動控制。 參考文獻 [1]馬忠梅 馬廣云 徐英粗等 ARM嵌入式處理路絕構與應用基礎 北京航天航空大學出版社,2002 [2]楊后川 梁煒編, 機床數控系統及應用 北京大學出版社 2005 [3]王田苗 嵌入式系統設計與示例開發 北京清華大學出版社 2003 [4]周立功等編輯 ARM控制器基礎與實踐 北京航天航空大學出版社 2003